(57)【要約】【課題】  不整地歩行等において、足が外側に倒れるような力が生じても安定した歩行が可能な二足歩行ロボットの足部構造を提供する。【解決手段】  足部１１下部の足裏部１２を、その接地時に、足裏内外側の内側部分よりも外側部分からの反力が大きくなる形状に、あるいは材質で形成した。例えば、足裏内外側の外側部分には硬いゴム板３１を、内側部分には軟らかいゴム板３２を配して構成した。歩行するロボットの足裏部１２の接地時に、足裏が外側に傾き、足が外側に倒れるような力が生じにくいように、足裏に作用する力に対して足裏外側部分からの反力を大きく作用させてバランスさせ、安定な歩行を保持させる。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地時に、足裏内外側の内側部分よりも外側部分からの反力が大きくなる形状及び／又は材質で形成された足裏部を備えることを特徴とする二足歩行ロボットの足部構造。
【請求項２】
足裏部は、足裏内外側の外側部分に弾性体層を有し、該外側部分が内側部分よりも下方に突出されてなる請求項１に記載の二足歩行ロボットの足部構造。
【請求項３】
足裏部は、足裏内外側の外側部分には硬い弾性体層を有し、内側部分には軟らかい弾性体層を有してなる請求項１に記載の二足歩行ロボットの足部構造。
【請求項４】
足裏部は、足裏内外側の内側部分に切欠き部が形成された弾性体層を有してなる請求項１に記載の二足歩行ロボットの足部構造。
【請求項５】
足裏部は、足部の構造物により、足裏内外側の外側部分が内側部分よりも下方に突出されてなる請求項１に記載の二足歩行ロボットの足部構造。
【請求項６】
足裏内外側の外側部分が内側部分よりも下方に突出されることによって該内側部分に形成された凹み部分に、軟らかい弾性体層が装着固定されてなる請求項５に記載の二足歩行ロボットの足部構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脚式歩行ロボットの足部構造、特に歩行安定性を高めた足裏部を有する二足歩行ロボットの足部構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
脚式歩行ロボット、特に二足歩行ロボットは、歩行安定性を高めることが難しいが、従来、これを実現するため、ロボット足部（足首から下の部分）について次のような構造が提案された。
すなわち足部の踵を、硬質部材とその間に充填されてなる軟質部材から構成すると共に、その断面視形状を櫛歯状に形成し、重力方向からの力に対しては剛性が高く、それ以外の方向からの力に対しては剛性が低くなるような足部構造が提案された（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平２００１−１２９７７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上記従来技術では、次のような問題点があった。
従来技術では、足裏部に着目すると、足裏内外（うちそと）側（足裏の親指に相当する側及び小指に相当する側）についてはそれらの全面に同様の弾性体が貼り付けられていた。つまり、足裏が内外側ほぼ均等に撓むように形成され、足（足裏）接地時の左右各足における内外側への倒れ易さは内外どちら側にも等しくなるという構造であった。
【０００５】
ところで、二足歩行ロボットの場合、足接地時に体・足が外側（右足接地時であれば右足よりも右側、左足接地時であれば左足よりも左側を指す。）へ倒れると、歩行安定性を維持するのが困難になる。一方、体・足が内側へ倒れる場合は、その内側に倒れる足とは反対側の足を協調させる等により、比較的容易に安定性を維持できる。したがって、外側へ倒れることはできるだけ避けなければならない。
整地歩行の場合は計画通りの歩行を行うことが容易であるので、それほど問題にはならないが、不整地歩行の場合は、足接地時に、足裏に対して地面から作用する外乱が大きくなり、歩行を安定させるのがより困難になる。
従来技術においては、足接地時の左右各足における内外側への倒れ易さが内外どちら側にも等しくなるような構造であったので、上記外乱が作用する方向が内外各側について等しくなるので倒れる方向が足裏の内外各側で等しくなり、歩行が不安定になる確率がかなり高くなってしまうという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消するためになされたもので、歩行安定性を向上できる二足歩行ロボットの足部構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、特許請求の範囲の請求項１に記載の二足歩行ロボットの足部構造は、接地時に、足裏内外側の内側部分よりも外側部分からの反力が大きくなる形状及び／又は材質で形成された足裏部を備えることを特徴とする。
特許請求の範囲の請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、足裏部は、足裏内外側の外側部分に弾性体層を有し、該外側部分が内側部分よりも下方に突出されてなることを特徴とする。
特許請求の範囲の請求項３に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、足裏部は、足裏内外側の外側部分には硬い弾性体層を有し、内側部分には軟らかい弾性体層を有してなることを特徴とする。
特許請求の範囲の請求項４に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、足裏部は、足裏内外側の内側部分に切欠き部が形成された弾性体層を有してなることを特徴とする。
特許請求の範囲の請求項５に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、足裏部は、足部の構造物により、足裏内外側の外側部分が内側部分よりも下方に突出されてなることを特徴とする。
特許請求の範囲の請求項６に記載の発明は、上記請求項５に記載の発明において、足裏内外側の外側部分が内側部分よりも下方に突出されることによって該内側部分に形成された凹み部分に、軟らかい弾性体層が装着固定されてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
特許請求の範囲の請求項１に記載の発明では、足裏部を、足裏内外側の内側部分よりも外側部分からの反力が大きくなる形状及び／又は材質で形成した。これによれば、足接地時における足裏が外側に傾いて外側に倒れるような力が生じる不整地歩行等においても、安定性を低下させることなくロボットを歩行させ得、二足歩行ロボットにおける歩行安定性を向上できる。
特許請求の範囲の請求項２に記載の発明によれば、弾性体層を設けるだけの簡単な構成で請求項１に記載の発明の効果が得られる。
同じく請求項３に記載の発明によれば、足裏部の接地面積を広くしたままで請求項１に記載の発明の効果が得られる。
同じく請求項４に記載の発明によれば、弾性体層を設けるだけの簡単な構成で請求項３に記載の発明に準じた効果も得ることができる。
同じく請求項５に記載の発明によれば、足部の構造物以外の部材を用いることなく請求項１に記載の発明の効果が得られる。
同じく請求項６に記載の発明によれば、足裏部の接地面積を広くしたままで、また弾性体層を強固に保持した状態で、請求項１に記載の発明の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、各図間において、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１は、本発明が適用される二足歩行ロボットの一例を示す図である。
図示するように二足歩行ロボットは、２本の足（脚）１と、この足１上部の胴体２と、この胴体上部の頭部３と、胴体左右側の腕４とで主要部を構成する。そして、胴体２背部には、これらロボット各部１〜４相互間等を連結する複数の関節駆動用モータ（図示せず）の制御ユニットやバッテリ電源等の格納部を備える。この格納部は、図１においては胴体２により隠されている。
【００１０】
ここで、上記足１の下部には歩行時に接地（着地）する足部１１が取着されており、本発明はこの足部１１の構造に係るものである。すなわち、本発明における足部１１は、足（足裏）接地時に、足裏内外側の内側部分よりも同外側部分からの反力が大きくなる形状及び／又は材質で形成された足裏部１２を備えてなる。
これによると、足接地時には、足１が常に内側（右足接地時であれば右足よりも左側、左足接地時であれば左足よりも右側を指す。）に倒れるような力が発生するように、ないしは外側に倒れる力が発生しないように、上記反力が作用するので、ロボットの歩行安定性が向上する。
【００１１】
以下、本発明のいくつかの実施形態を説明する。
図２は、本発明の二足歩行ロボットの足部構造の第１実施形態を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図（足裏図）である。
図示するように第１実施形態では、足裏部１２は、足裏内外側の外側部分に弾性体層、ここではゴム板２１を有し、その外側部分が内側部分よりも下方に突出されてなる。
具体的には、足裏部１２は、足裏内外側方向のおよそ中央から外側部分（足裏の外側半分）のみに、適宜厚さのゴム板２１が、鉄、アルミニウム等からなる足部１１の構造物１１ａの底面１１ｂに貼り付けられ、そのゴム板厚さ分、外側部分が内側部分よりも下方に突出した構造となっている。
図１に示すように、二足歩行ロボットは、２本の足１，１を備えており、以上の構成は、それらの各足１（各足部１１，足裏部１２）について同様に適用されていることは勿論である。以下の各実施形態についても同様である。
なお、図中２０は上記ロボットの歩行地面、Ｇは同ロボットの静止時重心を示す。また二点鎖線矢印イは、図示構成において足１に作用する静的なモーメントを示す。
【００１２】
図３は、本発明の二足歩行ロボットの足部の第２実施形態を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。
図示するように第２実施形態では、足裏部１２は、足裏内外側の外側部分には硬い弾性体層、ここではゴム板３１を有し、同内側部分には上記硬いゴム板３１と同一厚さの軟らかい弾性体層、ここではゴム板３２を有してなる。
具体的には、足裏部１２は、足裏内外側方向のおよそ中央から外側部分（足裏の外側半分）には適宜厚さの硬いゴム板３１が鉄、アルミニウム等の足部１１の構造物１１ａの底面１１ｂに貼り付けられ、同内側部分（足裏の内側半分）には上記硬いゴム板３１と同じ厚さの軟らかいゴム板３２が、上記構造物１１ａの底面１１ｂに貼り付けられた構造となっている。
上述したように硬いゴム板３１と軟らかいゴム板３２は同じ厚さであるから、この第２実施形態においては足裏内外側間に段差はない。
【００１３】
図４は、本発明の二足歩行ロボットの足部の第３実施形態を示す図で、（ａ）は底面側から見た斜視図、（ｂ）は底面図である。
図示するように第３実施形態では、足裏部１２は、足裏内外側の内側部分に切欠き部４１が形成された弾性体層、ここではゴム板４２を有してなる。
具体的には、足裏部１２は、足裏内外側の内側部分の土踏まずに相当する箇所に切欠き部４１を有する適宜厚さのゴム４２板が、足部１１の構造物１１ａの底面１１ｂに貼り付けられた構造となっている。
【００１４】
図５は、本発明の二足歩行ロボットの足部の第４実施形態を示す正面図である。
図示するように第４実施形態では、足裏部１２は、足部１１の構造物１１ａにより、足裏内外側の外側部分が内側部分よりも下方に突出されてなる。
具体的には、足裏部１２は、足裏内外側方向のおよそ中央から外側部分（足裏の外側半分）について足部１１の構造物１１ａがそのまま下方に突出形成され、同内側部分（足裏の内側半分）は何もない空間部（凹み部分５１）とされた構造になっている。
この第４実施形態は、図２に示す第１実施形態に類する形態をなすが、足１１の構造物１１ａの底面１１ｂには何も貼り付けず、例えばロボットの足部構造物成型時に形成される構造となっている。
【００１５】
図６は、本発明の二足歩行ロボットの足部の第５実施形態を示す正面図である。
図示するように第５実施形態では、足裏部１２は、上述した第４実施形態において、足裏内側半分に形成された凹み部分５１に、その凹み寸法ｈ１と同一厚さｄ１（＝ｈ１）の軟らかい弾性体層、ここではゴム板６１が装着固定（凹み部分５１周壁に貼り付け）されてなる。
つまり、足裏内外側方向のおよそ中央から外側部分は鉄、アルミニウム等からなる硬い足部１１の構造物１１ａがそのままとされ、同内側部分は軟らかいゴム板６１が足裏内外側間に段差が生じない厚さｄ１（＝ｈ１）で貼り付けられた構造となっており、図３に示す第２実施形態に類する形態をなす。
【００１６】
以上の各実施形態によれば、ロボット歩行における足接地時には、足裏が常に内側に傾くような力、すなわち足１が常に内側に倒れるような力が発生するように（少なくとも外側に倒れる力が発生しにくいように）、足裏外側部分からの反力が作用するので、ロボットの歩行安定性が向上する。
特に、図２に示す第１実施形態によれば、足部１１の構造物１１ａの底面１１ｂは平坦面でよく、その底面１１ｂに平らなゴム板２１を貼り付けるだけという簡単な構成で本発明を実現できる。
また、図３に示す第２実施形態によれば、足裏部１２の下面（足裏）は平坦面となり、足裏部１２の接地面積を広くしたままで本発明を実現できる。
また、図４に示す第３実施形態によれば、足裏部１２の接地面積及び足裏外側部分からの反力について、第１及び第２実施形態における中間的な形態にて本発明を実現できる。
また、図５に示す第４実施形態によれば、足部１１の構造物１１ａ以外の部材を用いることなく本発明を実現できる。
更に、図６に示す第５実施形態によれば、足裏部１２の接地面積を広くしたままで、本発明を実現できる。また、鉄、アルミニウム等からなる足部１１の構造物１１ａの２つの面にゴム板６１を貼り付けるので、このゴム板６１の貼り付け強度を高くすることができる。
【００１７】
なお、上述実施形態においては、足裏部に設ける弾性体層としてゴム板を用いたが、これ以外の弾性体、例えば合成樹脂製の弾性体を用いてもよい。要は、ロボットの足裏部の接地時において、足裏内外側の内側部分よりも外側部分からの反力が大きくなる材質を選択（基本的には足裏外側部分の材質を内側部分の材質よりも剛性の高い材質を選択）すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明が適用される二足歩行ロボットの一例を示す図である。
【図２】本発明の二足歩行ロボットの足部構造の第１実施形態を示す図である。
【図３】同じく第２実施形態を示す図である。
【図４】同じく第３実施形態を示す図である。
【図５】同じく第４実施形態を示す図である。
【図６】同じく第５実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００１９】
１：二足歩行ロボットの足、１１：足部、１１ａ：足部の構造物、１２：足裏部、２１：ゴム板（弾性体層）、３１：硬いゴム板（硬い弾性体層）、３２：軟らかいゴム板（軟らかい弾性体層）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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